数控编程开发篇1
课程内容主要围绕培养学生数控编程和数控机床操作等技能，以职业活动的工作过程为依据而进行改造。为此我们创设了真实氛围的工作环境，开展了一体化教学，将教室与实训室合二为一，形成仿真的工作场所，使教学过程变为生产过程，学习任务变为工作任务，使学生通过学习亲身体验工作。
二、教学做一体
“教学做一体”教学模式的教学组织过程在仿真工作环境建立的基础上，课程的实施过程通过一体化教学来完成，主要包括以下几个环节：1.建立数控实训车间。相当于企业组织生产，通过学生的竞聘和选举，建立学生自己的一套领导班子，各司其职。使学生在完整的生产过程中，得到组织、协调、沟通等职业能力的锻炼。2.任务的下达及工作计划的制定。学生收到任务书后，每个小组都要经过自主学习、讨论，制定具体的工作计划。包括确定项目的目的、项目的原理分析、项目所需器材、项目实施内容及步骤、项目的注意事项等。3.工作过程。制定完工作计划后，学生需提交材料及工具申请，获得准许后到教师处领取所报材料及工具，开始进行数控车削加工。通过加工过程掌握相应的理论知识。4.项目验收及评价。学生加工完毕后，由教师带领进行项目验收，相当于企业的产品质量检查。
三、教学方法
1.项目教学法。使用目的：以生产过程为载体开发教学项目，整个教学围绕各个项目的解决而展开，教师提出引导性问题，学生查找资料进行决策分析，制定出计划，并进行实施，引导学生自主思考。
实施过程：课程内容以教学模块为引导，让学生从现象找本质，从感知了解必然。例如阶台零件轮廓加工，学生通过对基本编程指令的运用和数控车床的基本操作了解和掌握数控车的基本加工流程。
实施效果：学生通过自主学习，掌握了数控车床的基本编程指令和数控车床的基本操作，不仅训练学生的操作技能，也培养了学生的沟通能力、学习能力、创新能力和协作能力等综合素质。
2.讲练结合一体化教学法。使用目的：以学生为主体，教师加以适当的引导，提高学生分析问题、解决问题的能力，提高学生的实践技能。
实施过程：学习综合零件的加工时，教师指导学生编程指令的理论知识，通过数控车床的操作，使学生对复杂零件加工有了初步的认识，并在此基础上进行拓展，增强学生的创新能力。
实施效果：学生的学习不是枯燥的满堂灌输，而是通过练习不断提升增加难度，在不知不觉中完成理论知识的学习。
3.讨论式教学。使用目的：采用讨论式教学，将学生不易理解、容易出现问题的部分通过现场讨论发现自身的错误，同时把别人已经出现自己也可能出现的问题防患于未然。
实施过程：如我们在讲授沟槽零件加工时，教师给出设计题目，同学们经过思考后把自己的方案写在黑板上，大家一起来讨论，往往自己发现不了的错误经过大家的研究会加以纠正。
实施效果：学生通过现场讨论，活跃了课堂气氛，提高了学习的兴趣，增加了学生对本门课程的自信心。
4.多媒体教学。使用目的：采用有效的手段充分开拓学生视野，培养学生创新能力。
实施过程：通过制作电子课件网上资源等不断提高学生的感知能力，实验实训室没有的可以在网上得以了解。新知识、新资讯得以学习，提高学生的自学能力。
实施效果：通过借助于多媒体，学生不但将课堂学习内容进一步深化，而且有能力的同学还能学习并领悟到与之相关的其他技术。
四、教师指导过程
在一体化教学中，教师是一体化教师，即专业理论课教师与实习指导课教师构成了一体。教师的指导作用体现在：1.对理论知识的指导。教师不再像以往那样几乎把所有能讲到的、能想到的都讲给学生，也不管学生能不能接受，而是让学生先以小组讨论自主学习，当遇到困难自己解决不了的时候教师才解惑。教师可以采取集中讲解、个别辅导、示范等方法进行解惑，这样学生带着问题来听课，学习目的明确，注意力集中，学习效果明显提高。2.是实践操作的指导。对学生操作过程中遇到的困难以及操作的不规范性给予正确的指导，使学生养成正确规范的操作要领。3.是企业管理方式的指导。要让学生了解企业的各种管理规定以及企业文化，规范学生的行为，培养良好的工作习惯，提高学生的综合素养。
五、课程考核
数控编程开发篇2
关键字:数控技术智能化知识工程UG
intelligentCnCprogrammingsystemof
LiuHaoxu
(tianjinpolytechnicuniversity,tianjin,Jixian300160)
abstract:inthispaper,theadvanceddigitalmanufacturingtechnologyinpracticalapplicationproblems,throughanalysisofthenCtechnologyandindustryCurrent,comprehensivedevelopmentofnumericalcontroltechnologyintodayworldtrends,discussesthedevelopmentofnCtechnology.Studyofknowledgeacquisition,knowledgerepresentationandknowledgereasoningintheCnCprogrammingapplications;intheintelligentnCprogrammingsystemarchitecturelanguagebasis,toUGfortheplateformuseSQLServerdatabaseandUGopenapiandVisualC++developtiontools,developmentintelligentnCprogrammingsystem;throughtheapplicationprogrammingexamplesdemonstratethefeasibilityandpracticalityoftheresearch.
Keywords:intelligentknowledgeengineeringCnCtechnologyUG
一、数控编程系统智能化的概念和基础
数控编程是数控加工准备阶段的主要内容之一,通常包括分析零件图样,确定加工工艺过程;计算走刀轨迹,得出刀位数据;编写数控加工程序;制作控制介质;校对程序及首件试切。有手工编程和自动编程两种方法。总之,它是从零件图纸到获得数控加工程序的全过程。
数控编程分为手工编程和自动编程.手工编程是指编程的各个阶段均由人工完成。对于几何形状复杂的零件需借助计算机使用规定的数控语言编写零件源程序,经过处理后生成加工程序,称为自动编程。随着数控技术的发展,先进的数控系统不仅向用户编程提供了一般的准备功能和辅助功能,而且为编程提供了扩展数控功能的手段。
而在数控编程系统的工作中,数字模型是工作的关键,同时也是数控编程系统的基础,它在编程系统中所包含的信息量直接决定了数控编程系统的智能化发展程度。同时,这些在数字模型中所包括的信息在数控技术家中传递的方式也会对数控编程系统的智能化发展程度带来一定的影响。同时,由于数学模型的发展包括:线框、曲面和实体,这些模型在结构上的不同,对描述同一物体所表述出来的信息量也是不一样的。
二、数控编程系统智能化的研究现状
就我国企业的发展上来看,国际上先进的数字化制造技术并没有在我国的企业中得到广泛的应用。
而就目前数控编程系统的智能化的进程上来看,主要表现在实体模型。在实体模型结构基础上,数控编程系统已经实现了部分智能化。由于实体模型是通过特征造型的手段获得的,因此在编程过程中,如何获得这些特征,然后直接针对这些特征直接进行编程操作,并在操作过程中根据专家系统的支持提供更多的自动操作选项,成为当前智能数控编程系统的一个主要的发展方向。
三、基于UG的模具智能化数控系统的开发
(一)、知识库获取
数控编程是一个经验性很强的领域,CnC工程师的经验知识对加工效率、加工质量都有着较大的影响。数控编程经验知识的主要特点有:首先,数控编程技术是无形的,只存在于CnC工程师的大脑中,并没有实体上的形态。其次,由于数控编程技术的无形性,因此完全来源于CnC工程师自身的主观意识,但是由于不同的CnC工程师自身工作经历、知识结构等因素的不同,他们对相同问题形成的经验知识可能产生一定的差异,这就说明数控编程技术是具有一定的差异性的。第三、CnC工程师随着经验知识的积累或生产技术条件的改变和完善,他们对原来数控编程所存在的问题可能会出现有新的见解,从而就会原有的数控编程加以相应的改善。为了最大限度地获取和利用CnC工程师的经验知识,针对上述这些特点,本文制定了经验知识的获取步骤,如图一:
(二)知识的表示
根据数控编程知识的特点,采用了将面向对象的表示法和BnF范式(Backus-naurForm,巴科斯-诺尔范式)相结合的表示方法.基于对象的BnF范式表示数控编程领域知识的句法如下:
::=类
类::=
::=
::=
::=
::=[规则推理(RBR)]|[实例推理(CBR)]
::=
::=[粗铣]|[半精铣]|[精铣]|[粗镗]|[半精镗]|[精镗]|[钻]|[扩]|[铰]|[粗车]|[半精车]|[精车]
::=
::=
::=
::=
结束类
通过BnF范式可以有效地将数控编程领域的知识进行融合,同时也便于实现对数控编程知识库中知识的管理和维护,支持知识库中知识的检索、查询、更新,保持知识的有效性和一致性。
(三)知识的推理。CBR的推理过程主要由实例问题的描述、实例检索、实例修正、实例存储等组成。
1.实例问题的描述主要是在计算机中将待求解的问题通过合理的知识表示形式表达出来,以便于计算机识别和处理;
2.实例的修正通过人机交互界面的方式实现.在数控编程实例推理的过程中,当检索结果不能满足实际需要时,可以对加工方法、工件材料、刀具几何参数、进退刀设置等信息进行修正,并作为新的实例添加到实例库中,进一步地充实实例库。
(四)体系的搭建
在研究了知识工程技术应用于数控编程领域的基础上,设计了智能数控编程系统的体系结构。分为数据层、应用层和用户层。
1.用户层提供了智能数控编程系统用户接口,负责与用户的交互,处于系统架构的顶部.用户通过人机交互界面,可以方便的操作、管理和维护系统。
2.应用层为用户提供各种服务,是整个系统结构的核心.主要包括三部分:①前处理.运用知识工程技术获取数控编程方案,提供数控编程所需要的各项参数信息.②智能数控编程.依据数控编程方案,根据编程向导的指引对零件进行加工,生成的编程操作由知识顾问诊断后反馈到知识库中.③后处理.对创建的数控操作进行后置处理,生成符合机床数控系统要求的nC代码,以文档形式输送到生产车间。
3.数据层包括了加工特征库、编程资源库(零件信息库、机床信息库、刀具信息库及工艺信息库)和知识库,是智能数控编程系统运行的基础,采用了oDBC作为数据的底层访问方法。
(五)系统的实现
由美国UGS公司推出的UG软件,是面向制造业的集CaD/Cam/Cae功能于一体的三维参数化软件,具有数字化产品设计、制造和分析功能.UGCaD与Cam高度集成,具有统一的数据管理,并包含了KF(KnowledgeFusion)知识熔接模块,可以进行知识处理.UGCam为用户提供了模板设置功能,可将常用的操作参数设置为默认值,自定义为加工模板,避免每次编辑新操作时重复定义参数的繁杂工作,提高零件编程效率.UG提供的二次开发功能.其开发语言简单易学,功能强大,可以方便用户定制个性化的功能,便于为用户开发有针对性的专用系统,可以实现单凭交互方式操作UG难以实现的功能,为企业在市场上的竞争力提供有力的平台.基于UG的诸多优点,本系统采用UG作为开发应用平台,系统数据库系统选用SQLServer2000,开发工具为UG/open、VC++6.0及UG后处理构造器。UG提供的二次开发功能可以方便用户定制个性化的功能,便于为用户开发有针对性的专用系统,在系统的开发实现过程中,遵循软件工程理论,为用户提供了良好的人机交互界面,采用模块化思想,按照设计过程和模块实现的功能将系统划分为几大功能独立的模块,模块之间以及模块的各组成部分之间也具有一定的独立性。
综上所述,数控技术是先进制造技术的核心,是制造业实现自动化、网络化、智能化、复合化等的基础。知识工程作为一种新型的智能设计方法,利用知识工程技术可以在数控编程过程中提供相关的知识,有利于实现数控编程的参数化、自动化和智能化,进而提高企业数字化制造技术水平。在对知识工程技术的在数控编程中的应用就出上开发出来的智能化数控编程系统,就是为了更好的提高企业在数控技术上的发展水平,促进数字化制造技术的发展,从而带来刚好的发展前景。
参考文献:
[1]汪俊俊.论数控技术发展趋势――智能化数控系统.装备制造.2009(06);
数控编程开发篇3
摘要：数控加工技术是机械加工技术专业的一门专业课，以编程为主的理论教学，学生难以理解。把数控专业理论编程教学，变成在计算机上使用的CaD/Cam软件，把枯燥课堂教学变成形象的多媒体教学。不但能够改善数控编程教学的效果，还可以提升学生学习数控编程的兴趣。
关键词：CaD/Cam软件数控教学
1、引言
数控编程课程是一门实践性很强的课程，离开实践，就谈不上素质，实践是知识转化并升华为素质的根本条件。要想达到理想的教学和实践效果，仅在课堂上实施全方位的教学是不够的，还应具备一个良好的实践教学环境。考虑到前面谈到的企业生产过程很难按照学校教学要求开展数控编程实训与数控设备价格等因素，经过多方调研，我们选择了能在计算机上进行手工编程和自动编程、并能动态模拟加工轨迹、与数控机床有良好数据接口的CaD/Cam软件，如基于pC平台广泛使用的maSteRCam、pRo-e或CaXa等应用软件。这类软件既能按照数控编程教学要求开展系统的实际编程训练，实现动态模拟加工轨迹，检验程序的正确性；又能结合目前企业广泛使用这类软件的生产实际需求，为学生毕业后直接进入制造型企业数控技术岗位工作打下扎实的基础。CaD/Cam软件在数控编程教学中的应用。
2、应用CaD/Cam软件对手工编程进行校验
数控编程就是把零件的工艺过程、工艺参数、机床的运动以及刀具的位移量等信息用数控语言记录在程序单上，并经校核的全过程。数控加工程序主要分为手工编程与自动编程两种，手工编制是计算机自动数控编程的基础，应用计算机进行数控加工自动编程最终也还要经过后置处理转换成数控程序代码。作为数控编程人员，不仅是数控技术的应用者，更应该是数控技术的开发者。因此要使学生知其然并知其所以然，手工编程是学生熟悉并掌握数控程序基本原理的一个重要途径。但数控指令枯燥、不易记忆，编写的程序又不能得到实现，学生学习的兴趣不高，也得不到应有的实际动手的训练。同时对同一零件编程，学生编写的程序会有多种，老师批改作业、检查学生掌握情况也十分困难。这一难题在CaD/Cam软件maSteRCam、pRo-e或CaXa中就迎刃而解了；只要将数控程序代码输入软件，通过加工轨迹校验，数控程序的结果就非常直观地仿真出来了。
3、应用CaD/Cam软件设计数控程序
应用CaD/Cam软件maSteRCam、pRo-e或CaXa中具有CaD绘图建模功能，可以绘制生成三维零件模型，或利用这类软件提供的数据接口将在其它CaD系统中做好的零件模型数据导入，然后综合运用所学过的如《机械制造工艺学》、《金属切削机床》等课程的相关知识，选择合适的加工工艺方法，安排零件的加工工序，确定粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀具、切削用量、进退刀路线、主轴转速等参数后，这类软件便自动计算出机加工余量，并动态显示出与粗加工、半精加工、精加工所对应的不同加工表面的刀位轨迹和机床代码，省去了人为编制数控程序的烦恼。这一过程将数控编程、制造工艺、刀具、数控机床、数控加工等课程有机地结合起来，使学生觉得以前所学的知识不再孤立、枯燥，在数控编程课程中达到了融会贯通，并在计算机上变得生动、形象起来，巩固了学生的机械加工工艺方面的知识，强化了在数控编程教学中应用CaD/Cam软件的效果。
4、应用CaD/Cam软件对刀具轨迹进行仿真
为确保数控程序的正确性，防止加工过程中刀具发生干涉和碰撞，在实际生产中常采用试切法或轨迹显示法进行检验。但这些方法费工费料，代价昂贵，使生产成本上升，增加了产品加工时间和生产周期。应用CaD/Cam软件maSteRCam、pRo-e或CaXa中具有模拟仿真功能，可以替代试切法与轨迹显示法，在计算机上直接进行三维或多维立体效果的动态仿真加工。这种在计算机上仿真加工，可以使每个学生反复进行模拟加工训练，省时间、省材料、省设备投入。在仿真过程中，刀具沿着所定义的加工轨迹进行动态加工，学生可以直观地掌握数控加工的整个过程，判断刀具轨迹的连续性、合理性，是否存在刀具干涉、空走刀或撞刀等情况，以及刀位点计算是否正确，加深了学生对加工工艺的理解和对刀具轨迹的认识。通过对照加工结果，学生明白了不同的刀位轨迹，其加工结果实质上有很大的差异，加工刀具轨迹定义的合理与否，与学生对零件加工工艺知识掌握的熟练程度有密切的关系。学生可以通过动态仿真加工，发挥自己的创造性和综合能力，对不满意的加工结果重新进行零件建模或重新定义刀位轨迹，实现仿真设计与加工。
5、应用CaD/Cam软件进行数据传送控制机床
应用CaD/Cam软件maSteRCam、pRo-e或CaXa中具有数据传送接口功能，可以把在计算机上学生编制的零件加工程序通过数据接口传至数控机床，控制机床进行实际加工。这种把学生亲自编制的数控程序与实际加工直接联系起来，使学生对数控编程理解不仅仅停留在理论知识和感性认识上，实现数控编程教学改革，达到理论联系实际的应用能力综合训练。因此在条件允许的情况下，让每个学生都有机会把自己编制的加工零件数控程序，通过数据接口传到数控机床进行实际加工与检验程序的正确性，并可以获得满意的加工作品。在这个过程中，数控程序、数控系统、数据接口起了非常重要的作用。作为数控程序开发人才，应该熟练掌握数控编程、数据通讯、接口技术等专业基础知识，并得到相应的动手能力训练，提高数控机床的操作能力及系统的维护能力。
CaD/Cam软件在数控编程教学中应用是多方面的，除了满足教学需要外，还可以进行科研项目研究，提高教师自身的业务水平，同时为生产科研服务，开展对外技术培训和技术服务。促进计算机辅助设计与制造（CaD/Cam）的教学与科研活动，推动教学改革与课程的建设。
参考文献：
[1]韩旻.《CaD/Cam应用软件：masterCam训练教程》[m]，高等教育出版社，2006年
数控编程开发篇4
（国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073）
摘要：深入研究了当前工业控制系统pLC现场可编程的原理，从数据的保密性、完整性和身份可认证性三个方面分别建立安全性模型，分析出现场可编程的安全机制在以上三个方面缺乏必要的安全防护。搭建实验平台，通过模拟实验验证了存在的安全隐患。
关键词：工业控制系统；现场可编程；安全隐患；工业以太网
中图分类号：tn710?34文献标识码：a文章编号：1004?373X（2015）17?0153?05
0引言
随着工业化和信息化的融合不断深入，信息技术开始更加广泛地运用到工业控制领域。当前，信息化工业控制系统已经广泛应用于能源、电力、化工等工业领域，工业控制系统已然成为国家安全战略的重要组成部分。为了方便工业控制系统中各个部件的协同和信息共享，工业控制系统正逐渐打破原有的封闭性，向开放化的方向发展，采用标准、通用的通信协议和软硬件系统，将导致工控系统面临病毒、黑客入侵等安全威胁。2010年，伊朗布什尔核电站遭到“震网”（Stuxnet）蠕虫病毒攻击[1]，“震网”病毒以伊朗核电站使用的数据采集与监视控制（SCaDa）系统作为攻击目标，利用windows和工业控制系统pLC的动态链接库（DLL）缺陷进行传播和攻击，致使伊朗核电计划被延缓。在这次事件后，工控系统安全成为工控领域的热点问题。如何有效的保护工业控制系统pLC的安全，防止不法分子和黑客对工业控制系统pLC实施入侵和破坏，具有重大的经济和战略意义。
相较以往工业控制系统的安全报告和相关文献的重点突出在数据的实时采集与监控安全[2]、外网到内网的保护[3]上，本文从工控系统的现场可编程机制出发，对工控系统潜在的安全隐患和面临的威胁进行分析，提出了安全隐患分析方法和模型，并对存在的安全威胁进行了总结。
1工业控制系统现场可编程原理
工业控制系统的现场可编程，就是在工业控制系统的运行现场，编程上位机通过现场总线或以太网对工业控制器进行编程控制（包括用户程序下载、工程信息修改等），可以即时改变现场设备的运行状态。现场可编程技术在工控系统的广泛应用使得工业生产中工控系统对现场设备的实时控制达到了一个全新的阶段。
1.1工业控制系统的基本构成
工业控制系统主要由以下几个部分组成：SCaDa（SupervisoryControlandDataacquisition）系统，即数据采集与监控系统，分布式过程控制系统DCS（DistributedControlSystem），可编程逻辑控制器pLC（programmableLogicController），人机界面Hmi（Humanmachineinter?face）等。其中的工业控制器即pLC是整个工业控制系统的核心部件，直接控制外部设备和工业生产。pLC直接受到编程上位机和监控站的控制，图1为工业控制系统简化结构图。
pLC的现场编程包括以下几个步骤：
首先在编程上位机编写StL/LaD高级程序，由编程软件编译成可执行代码；再将可执行二进制代码组合到网络数据包中，通过以太网接口下载到控制器pLC中，pLC的以太网接口接收到数据包后，解析并执行这些代码，这样就实现了远程上位主机对pLC的现场编程。随着网络技术的发展，pLC的现场编程不仅包括传统的用户程序代码编程，更是延伸到了更底层的固件代码，例如可以通过以太网接口实现固件版本更新等高级操作。
工业控制系统现场编程的数据采用现场总线传输，其中使用最广泛的是工业以太网连接，图3是工业以太网的层次模型[4]。
如图3所示，工业以太网协议基本上是直接在tCp/ip层以上附加应用层协议实现的，通过直接把应用层报文嵌入到tCp报文中，组成工业以太网数据帧。所以工业以太网协议的低层次数据链路层、传输层、网络层采用的是标准协议，应用层则一般采用内部非公开协议。工控系统的安全策略大多都在应用层中实现，具有一定的研究意义。
工控系统应用层协议主要具有以下几个特点：
保密性：传统it网络的应用层协议都已经对外公开，具有统一的标准，所以按照协议格式，可以轻松分析得到包头和各数据段表示的信息。而工业控制系统的应用层协议则没有统一的标准，工业控制领域的系统开发公司针对自己的产品都指定了具有各自特点的应用层协议，且不对外公开。
实时性：工业控制系统设计过程中最重要的指标就是实时性，从而要求工业控制系统的应用层协议也必须满足实时性的要求。然而正是由于必须满足实时性的要求，应用层协议在设计过程中主要的系统资源消耗在实时控制方面，导致无法消耗更多资源在系统安全的保护上。
可侦测性：工业控制系统采用的网络结构与传统it网络类似，具有分层结构。如果能侵入工业控制内网，则可以利用传统it网络的嗅探、侦测技术对工业以太网的数据进行截获、窃取等操作，甚至对关键数据进行篡改。
2现场可编程安全隐患分析模型设计
工业控制系统在设计过程中注重系统的可用性和实时性，而对系统信息的安全没有做出应有的防护。尤其在现场可编程机制中，编程上位机通过工业以太网与pLC连接实现数据传输，上位机将pLC应用程序下载到pLC，实际上是将pLC直接连接到了上位机和监控站所在的内部网里。仅仅通过在工业以太网上设置工业防火墙，防止内部网络的非法访问，不能保证内部数据的安全。因此，现场可编程机制存在严重的安全隐患。下面从保密性、完整性、可认证性三个方面对工控系统现场可编程机制的安全性进行分析建模[5?6]。
2.1现场编程数据的保密性模型
保密性是指网络信息不被泄露给非授权的用户或实体，信息只为授权用户使用的特性。
数据信息的保密性主要分为两个方面：信息的防侦收和信息加密。
根据信息数据的传输和处理，建立基于信息流的现场编程数据保密性安全模型，如图4所示。
在工控系统的现场可编程机制中，数据的保密性主要表现在对pLC用户程序指令的可执行代码的加密和解密、pLC的数据经过工业以太网时的防护（主要通过工业防火墙）等安全措施。如图4所示，上排横向过程表示用户程序数据a经过加密变换e后，组包进入工业以太网传输；接收端经过解包，得到加密通信数据，再经过解密变换D还原出原始数据a。其中工业以太网设有工业防火墙，防止非授权访问。若是黑客突破了工业防火墙，窃取了工业以太网中的通信数据，即使破译了应用层的不公开协议，由于不能获取数据的加密方式和密钥，只能分析得到加密数据，而不能恢复出原始数据a。
然而，课题组对工控系统的现场编程过程的研究结果却令人大吃一惊，工业以太网的二进制通信数据竟然毫无加密处理，而是以明文的形式传输。这就给黑客和不法分子侵入工控系统、窃取核心机密可乘之机。由于工控系统缺乏对数据的加密处理，黑客通过网络手段获取通信数据，就能直接得到现场编程的重要指令，造成极大的安全威胁。
2.2现场编程数据的完整性
完整性是指在传输、存储信息或数据的过程中，确保信息或数据不被未授权的篡改或在篡改后能够被及时发现。图5为工控系统现场编程数据完整性验证模型图。
如图5所示，通信数据a在发送之前，使用杂凑函数f()计算出信息摘要f(a)附在数据a后，通过工业以太网传输到pLC，pLC使用函数f()对接收到的数据部分B再次计算，比较f(a),f(B)，以此验证数据a的完整性。假设通信数据被黑客截获且关键数据被篡改，如图中虚线表示，信息数据部分被篡改为B，而摘要部分f(a)保持不变，通信数据到达接收端后，对信息数据部分B再次计算f(B)，并与原摘要f(a)作比较，以此检验数据完整性是否被破坏。
工控系统的现场可编程机制，为了更简单、快捷、实效地传输程序指令，需要尽量减少通信数据的冗余，提高传输效率。因此，目前主流工控系统的现场可编程机制没有设置对数据的完整性验证，忽略了系统的安全性，也就可能导致通信数据程序指令存在被恶意篡改的危险。
2.3上位机身份的可认证性
可认证性是指对操作客体对操作主体的认证。在工控系统的现场可编程机制中，编程上位机拥有对下位pLC的直接操作权限。为了保证系统的安全，pLC需要对编程上位机的身份信息进行认证[7]，上位机身份认证模型如图6所示。
工控系统的现场编程过程，首先需要编程上位机与pLC建立以太网通信连接（一般采用tCp3次握手），然后通过工业以太网发送消息相互验证身份信息。
如图6所示，倘若黑客使用工业以太网上另一台非上位主机与pLC建立伪上位机连接，pLC接收端会对上位机的身份进行验证，确认该上位主机是否有对pLC操作的权限，确认身份后，才接收目标主机传来的信息数据，这样就能保证现场可编程数据的安全。通过对现有工控系统上位机与pLC通信机制的研究发现，为了节省系统资源，降低通信数据冗余，现阶段普遍使用的pLC尚未设置对上位机的身份验证环节，故不能对系统安全实施有效保护。因此，在上位机的身份认证方面，pLC依旧保持较弱的安全性，存在安全隐患。
综上所述，可以总结出工控系统现场可编程安全机制主要分为三个方面：现场编程保密性、现场编程完整性和可认证性，每个方面都存在一定的安全隐患，主要有以下几点：
（1）工业以太网中引入了交换机，似乎提高了安全性，但交换机本身就存在大量安全漏洞，例如，更改交换机配置，aRp欺骗攻击，监视端口被利用都可能导致交换机被黑客攻破，从而获得直接侵入pLC的机会[8]。
（2）以太网的通用标准早已被人们所熟知，工业以太网应用层以下的协议都是通用协议，可以直接解析，所以，不法攻击者只需掌握或破译应用层协议格式，就能轻易构造合法的数据包，模仿编程上位机对pLC进行实时操作。
（3）工业以太网的数据传输大多采用明文，未使用任何加密手段，这又给黑客实施攻击提供了方便，黑客一旦破译了应用层协议格式，就可能得到pLC中运行的应用程序，这是相当危险的。
（4）pLC对编程上位机发送的网络数据包不验证来源的可靠性，这些数据包中包含重要的程序指令，伪造的数据包能轻易对pLC运行状态进行更改。黑客甚至可能利用内网肉机与pLC建立伪上位机可编程连接，对pLC实施恶意操纵[9]。
3隐患验证实验
根据工控系统现场可编程机制安全性的三个方面，进行以下3个小实验来验证现场可编程机制存在的安全隐患。
搭建一个简单的实验平台，包括实验编程上位机、监视监控主机、可编程控制器（pLC）、模拟攻击主机等，通过交换机相连构成工业控制局域网系统。假设通过某种手段，黑客侵入了内部局域网的一台主机，利用该主机对系统实施攻击。
3.1现场可编程信息破译实验
正常运行实验平台，使用编程上位机对pLC进行现场编程（例如发送删除DB1数据块的指令），同时抓取工控系统现场编程过程的网络通信数据，图7为利用抓包软件wireshark获取的实时通信二进制数据包。
如图7所示，数据包的末尾可以清楚地看到0a00001B._DeLe的ascii码。显然，实验平台使用工控系统的网络传输过程采用的是未加密的明文传输，一旦被网络黑客获取网络数据，就能轻易破译现场编程的重要指令，存在严重的安全隐患。
3.2通信数据篡改实验
工控系统正常运行，现场编程传送给pLC一个包含2s时间周期的DB块。利用网卡混杂模式获取网络数据包，找到表示2s时间数据的二进制代码，修改为1s，然后按照原DB模块下载的通信时序重新下载，观测实际通信周期。
从二进制通信数据中提取核心信息，对其进行篡改并按照相同的时序重新发送至pLC，观测工控系统的相关指标。将表示时间的二进制数据0x02改为0x01，并按照相同的时序重新发送至pLC，观测工控系统的实时压力数值，如图8所示，显然对通信数据的篡改已经生效，数据周期由2s变为1s。
3.3伪上位机恶意控制实验
截获上位机和pLC通信的网络数据包之后，使用另一台内网实验主机，利用socket向pLC发送相同的数据内容，如图9所示。
完成相同的通信时序之后，在pLC上实现了相同的编程效果。实验证明，pLC对上位机身份没有验证，倘若黑客利用内网肉机建立了伪装的上位机，就能实现对pLC的恶意控制。
实验分析如下：工控系统的现场可编程机制存在严重的安全隐患，如采用普通网线传输数据，通信数据可能被监听和截获；不验证上位机信息就能与pLC建立现场编程连接，可能存在恶意伪上位机连接；通信数据被篡改后仍然能正常下载到pLC并生效，缺乏对数据完整性的验证。
4结语
数控编程开发篇5
关键词:后置处理逆向转换数控代码
一、前言
随着国内制造业生产水平的不断提高,数控机床在制造部门的使用越来越普及,这就促进了数控加工技术的不断进步。作为数控编程技术的一种重要技术领域,数控编程后置处理技术一直起着重要的作用,并且和Cam软件一起决定着整体数控编程自动化水平和先进数控机床的使用效率。
我公司自九十年代以来,在装备制造数字化建设方面快速发展,数控设备的规模和普及率有明显的提高。先后引进了Fidia、forest-liné、zimmerman、pama、jobs、mikron、DmG、Sip、m-torres等国际知名机床厂家的数控设备,既有简单的三座标数控铣床,又有复杂的五座标摆头类龙门铣床、五座标转台类龙门铣床、五座标车铣中心、五座标镗铣中心等加工设备。使我公司的数控加工能力形成了规模,具有综合的飞机产品的加工制造能力。作为先进制造工艺技术,数控编程技术应用水平直接关系到整体数控技术的发展水平和应用水平,关系到整个企业的数字化建设的发展,而数控编程后置软件开发技术又是数控编程技术的重要组成部分,没有成熟的数控后置处理技术支撑,数控编程很难达到自动化、高效率和高可靠性。
1、常规数控机床控制代码处理技术
简单来讲,数控后置处理技术一般是与特性的Cam系统和数控系统直接相关的,它包括正向的后置处理技术和逆向的转换技术。
在数控编程过程中,一般要产生两类文件,刀位文件和代码文件。一般用Cam软件编制数控加工程序时生成的结果文件是一种通用apt命令的刀位文件。这类文件无法直接驱动数控机床运行,必须经过集成在后处理软件中的某种机床特性参数解释才能生专用的数控代码文件。因此,所谓数控后置处理软件就是用于将刀位文件处理成针对数控机床的数控代码文件的处理工具;而数控逆向转换软件则用于将已经存在的某一类型的数控代码文件转换成特定Cam系统支持的刀位文件或直接转换成其它控制系统支持的数控代码文件,用于进一步的仿真验证或者是数据的重利用或将数控代码文件在不同控制系统间移植。
在进行后置处理相关的开发时,需要详细了解数控机床的控制系统类型、运动机构形式、特殊代码需求等内容,然后根据这些需求实施开发工作,一般包括软件框架开发、语法定义、算法分析、特定功能处理、文件读写处理(包括刀位信息的采集、解析、预读、初始角度预判等)等,控制系统和运动机构越复杂,其后置软件的开发难度就越大。对于逆向后置开发同样遵循以上步骤,具有同等的技术难度。
开发人员需要考虑的控制系统问题主要有数控系统命令集(包括各种辅助控制指令和插补指令、固定循环等)、数控机床运动机构、指令优先级定义、指令的模态性以及指令集之间的排斥性以及特殊变换处理(如旋转轴插补优先、局部加工坐标系选定等)。
二、后置处理软件开发设计
对于常规企业用户可直接借用通用后置生成工具进行特定数控机床系统的后置处理软件的定制工作。我们不深入探讨通用后置生成器的应用和开发技术,而是主要论述一般性的专用的后置以及逆向后处理开发技术。
1、软件系统总体结构
我们采用C++BUiLDeR6.0作为开发工具在windows操作系统平台上进行开发工作。
系统规划为数控加工程序后置处理模块、数控加工程序逆向处理模块、数控加工程序仿真模块(借用相应的Cam系统功能)以及软件授权管理模块等功能模块组成,基本搭建出了针对数控编程代码处理的软件平台。
2、数控编程后置处理模块功能开发
对于后置处理模块,一般涉及如下的信息输入:将要处理的刀位文件、针对的数控机床类型、产生的特定数控代码文件。
(1)界面功能规划
在本软件开发中主要应用了c++builder6.0中的topenDialog、tedit、tLabel、tBitBtn、tmainmenu、tComboBox等类型控件。同过tComboBox实现下拉列表框调用不同的数控机床类型实现不同的处理结果,对于刀位文件可以依据类型实现是catia类型还是ug类型刀位文件,当然有必要还可以扩充到其他类型。
每种数控系统或机床根据编程特性提供多种选择模式,对于某车铣复合机床,可以进行普通非5轴联动、5轴向量编程、5轴BC角编程模式3种方法,为使用者提供了最大的选择性。其它的后置也相应的提供了不同的选项功能,如角度超限检查、对于转台类机床是否全角度行程处理,是否采用B样条编程等。
在后处理过程中还有可以进行统计功能(加工最大行程、最大角度、加工时间统计等)、加工程序报表(与eXCeL集成)等。
(2)、具体的数据流处理
针对每一种特定数控机床的处理可用以下数据流程图表达。
数控后置处理数据流程图
(3)处理算法分析
在此次开发中,重点是针对五轴数控机床的运动机构算法分析。
两个回转轴均为工作台,第四轴转动影响第5轴的方位;
一个转轴为工作台,另一个为主轴头,两者互为独立;
两个回转轴均为主轴头,第4轴转动会影响第5轴的方位。
2D线切割及4轴线切割
对于多轴数控机床代码文件,最重要的就是多轴角度的处理算法定
义和特殊方向、多解的选择和判断等。
对于角度计算,apt文件中任意一个坐标点和矢量方向都能求解出几组值,怎样确定当前最适合的一组角度值是最重要的,一般采用角度变化最小原则。同时,在特殊情况下(如机床运动角度达到限程,需要调整)需要进一步的进行判断和智能化调整。具体算法略。
对于刀位点计算,5轴机床控制系统过去转头类是转心数据,转台类是机床坐标系数据,现在由于机床控制系统功能增强,基本采用加工坐标系数据,简化了后处理;车铣复合类数控机床根据加工需要,需进行局部坐标系转换、轴向坐标数据优先等特殊处理;对于4轴线切割机床,还要综合考虑机床的基面高度、线架高度等特性才能处理出符合机床结构和控制特性的代码。
3、数控代码逆向转换模块功能开发
数控代码逆向转换,是将存在的数控代码文件通过特定的机床逆向后置算法转换为通用的Cam软件刀位接口文件。其应用需求是现有的数控代码数据获取/转换移植以及现有Catiav5软件实现的G代码刀位输入转换准确性差,且无法实现多轴加工等特性。
由于具体的语法对应结构关系与以上后置处理相似,这里不详述。
4、软件授权信息管理模块功能开发
同样我们在项目开发中考虑了版权保护的问题,主要的实施途径
是对网卡信息进行加密处理产生密钥,然后在软件运行时进行密钥匹配。
三、后置开发工作对数字化建设的重要意义
对于企业的数字化建设离不开各种数字化制造设备,如我们常说的数控铣床、车床、镗床等等。后置软件工具是这些数字化设备与上游的CaD/Cam软件系统之间的桥梁和纽带,没有一个强大、高效、稳定的后置处理平台,就无法高效发挥数字化设备的优势。因此,关注后置处理技术的发展,跟踪、掌握最新的数控后置技术并应用与实践,打通企业设计制造数据流的关键技术之一。
参考文献:
(1)数控加工理论与编程技术刘雄伟等编著机械工业出版社
数控编程开发篇6
关键词：电子技术；可编程控制器；应用策略
在我国经济持续发展的过程中，电力行业起到了重要的推动作用，而对电子技术进行应用的过程中，能够对其应用效果产生重要影响的，则为可编程控制器。对其进行科学合理的应用，可以有效保障供电工作的安全性和可靠性，也就能够提升其中的工作质量和工作效率，进而实现电力系统中效益的持续提升。由此，需要对可编程控制器在电子技术中的应用进行深入分析，以推动电力系统得到良好发展，进而则可以为用户提供更加良好的供电服务。
1可编程控制器的作用
对于各个类型的企业来说，可编程控制器的发展均能够推动其自动化水平的发展，并能够针对生产工作中的各个环节起到有效的监管作用，还可实现电力系统参数的有效控制。通过传感器对电力系统之中的各项运行参数进行持续采集，并上传至控制单元开展分析工作，以对系统运行状态进行有效判断，控制单元通过发出相应的控制指令，可以有效控制各执行器的工作，从而有效落实可编程控制器的控制工作[1]。对可编程控制器进行应用，能够体现出的最显著优点就是，可编程控制器能够在可视化的系统之中，采用图形化的方式，将各环节系统的呈现于技术人员眼前，由此，技术人员仅需在调动室中，即能够全面掌握电力系统运行过程中，各环节、各方面的状态，也就能够针对各环节执行器的工作状态进行有效控制，使工作人员的工作强度得到缓解，也有利于提升企业整体的工作效率，并可以实现企业收益的提升[2]。与此同时，因为可编程控制器具有稳定性和可靠性的特点，所以在系统中进行应用，可以降低系统发生故障的概率，这一特点相对于传统人工工作来说，具有显著优势，所以工业界已经基本实现了对于可编程控制器系统的全面应用，并已经获得了良好的应用效果。在进行工业生产的过程中，若外界对生产产生干扰，系统可对其有效克服，若系统中出现小型、微型的故障，也能够及时被发现并得到合理解决。
2可编程控制器的特点
2.1编程过程更加简便
应用可编程控制器，其编程过程较为简便，主要原因在于，其中所应用的技术是“梯形图形语言”，这一技术具有简单易学的特点，可以应用可编程控制器进行编程，过程较为简便。并且，通过应用梯形图形语言，继电器相关形式得以顺利构成，并能够组建成为可编程控制器，同时还可以将继电器的复杂性转化成为更加简单的形式，也就有利于相关工作人员快速掌握其应用方式。所以，已经习惯应用继电器的工作人员，并不会因为需要使用可编程控制器而感觉十分不适应，也就不会因此影响工作效率和工作过程的安全性，进而可以有效缩减继电器与可编程控制器之间的距差异，使编程效果更加良好。
2.2使用和维护更加便捷
可编程控制器具有便于使用和维护的特点，在通常情况下，对可编程控制器进行维护和使用，仅包括硬件装配、安装、使用以及维护共4个阶段，对硬件进行装备的过程中，应严格根据相关要求开展可编程控制器硬件的生产工作，也可以选择根据可编程控制器在应用过程中的实际需求，对相关硬件进行设计和生产。所以，在购买相应硬件时，不会出现大幅度的缺货情况。而在安装可编程控制器的过程中，接线以及焊接两项工作可以进行忽视，仅需采用编辑程序的方式，即可实现可编程控制器的有效安装。在应用可编程控制器的过程中，可编程控制器节点使用以及使用次数不会相互产生影响，并且能够体现出相应的开放性特点。另外，对可编程控制器进行应用的人数多寡，不会对其内部的器件产生不利影响，所以在应用可编程控制器的过程中，仅需对输入点和输出点进行合理安排，即可呈现出较好的应用效果。对可编程控制器进行维护过程中，仅需要根据监控提示开展相关工作即可，当然，这一提示具有随机性特点，所以工作人员还需对可编程控制器的实施情况进行充分观察，以保障可编程控制器能够持续处于稳定状态[3]。
2.3运行稳定
可编程控制器的运行具有稳定性特点，在通常情况下可编程控制器主要应用于工业控制之中，所以在对其内部构成进行选择时，需要选择具有良好抗干扰性能的元件。由此，即使生产工作条件较为恶劣，可编程控制器的有效性也能够得到充分保障。与此同时，因为可编程控制器自身的设计工作以及器件选择工作均处于较为先进的状态当中，所运用的工具也更加优质，所以可编程控制器的稳定性以及抗干扰能力均相对较高。
2.4通用性强
当前不同的生产厂家之中生产的可编程控制器属于不同类型，客户可将自身需求作为基础，根据可编程控制器的规模和配置进行合理选择。但是从实际上来看，对多种控制器具有应用需求的客户数量相对较少，所以在对可编程控制器进行购买的过程中，多数用户均选择了不具有附加装置的、原始类型的可编程控制器，所以生产厂家在生产过程中，应注意增加通用可编程控制器的生产数量，并尽可能选择采用同一维修模式开展可编程控制器的维修工作，以降低厂家的生产成本。
3应用电子技术及可编程控制器的含义
3.1应用电子技术
对电子技术进行应用，需要以数字电子技术以及模拟电子技术共同作为基础。从总体上来看，可将其视为现代电子技术的综合学科或是综合专业，通过对电子技术进行应用，我国智能电子产品的设计工作以及开发工作均得到了良好发展，同时相关的生产管理以及设备维护工作效果也得到了提升。但是从实际上来看，仍然需要强化对专业人才的培养，特别是对产品工程师以及工艺工程师的培养，以满足行业内对于人才的大量需求。
3.2可编程控制器
可编程控制器在本质上属于电子系统，通过数字运算操作，可编程控制器能够在工业环境中开展相应的设计工作，且能够针对工业自动生产整体的机械设备实施有效的控制工作，同时也可以落实逻辑运算储存工作以及定位技术等，有利于保障工业自动生产整体运行状态的良好[4]。并且，可编程控制器具有操作便捷、实用性强、能耗低、体积小、可靠性强、抗干扰能力强以及硬件配套齐全等多方面优势，具有较高的应用价值。
4可编程控制器在工业中的应用
4.1提升自动化系统的可靠性
近年来，我国电气自动化技术发展迅速，并实现了工业控制一体化的目标。在此过程中，可编程控制器起到了重要的作用，通过对可编程控制器进行应用，电力系统整体应用强度得到显著提升，并主要在以下两个方面得以体现：1）应用可编程控制器，诸多工业生产的过程可以获取全面的监管，有利于保障工业生产过程中产品的质量，同时也可促使企业生产效率得到提升。另外，通过应用可编程控制器，生产过程中的实时数据可得到全面采集，并能够得到实时的分析和统计，也就可以根据分析和统计结果，更加科学合理的制定生产工作计划，从而降低企业生产运营的成本，并实现企业效益的持续提升；2）应用电子系统信息技术，可以针对电力系统运行的整体状态进行监管，及时掌握其中可能发生的风险，并通过关键参数判断系统运行情况，若一旦发生突发事故，电力系统则可在尽量短的时间内，对有效的解决措施进行制定，以降低不良影响，并在最大程度上对人力资源和物力资源进行保护，也就可以起到保护企业效益的效果[5]。
4.2提升企业生产效率
在智能化设备应用范围越来越大的基础上，当代企业生产过程中的自动化水平得到显著提升，也就可以促使企业生产效率得到提升，同时更有利于保障生产过程中的安全性，在通常情况下，较大的生产环节中，也仅需要数名技术管理人员即可。技术管理人员通过控制电气自动系统，能够对工业流程整体进行有效控制，同时还可对不同的环节运行情况进行实时全面的监控。例如应用自动化控制系统，在开展工业生产工作的过程中，相关技术人员采用可编程控制器或是pC等电气控制系统，针对各环节执行器实时远程控制，也就可以对于流程整体的运转进行控制，由此，技术人员在工业生产现场之外，即可对系统整体的运行进行掌控，使工作效率得到大幅度提升，也更有利于对系统进行养护。与此同时，充分应用电子信息使工业生产对于技术人员的专业要求得以降低，技术人员在工作中仅需熟练应用终端控制软件，并能对常见问题进行有效解决即可，可以促使企业运行的质量和效率得到大幅度提升，同时过程中的安全性能够得到更加有效的保障。
4.3监控系统运行状态
应用可编程控制器，系统整体运行状态均可得到有效控制，并且在电力系统运行的过程中，还可针对诸多参数变化进行系统监测，所以对电气自动化设备进行安装时，需要注意对设备控制点的分布进行调整，保障其能够在各个环节中得到合理分布，以更加有效地监管系统运行情况。同时，对于电气自动化设备来说，安装及操作配电系统也具有较强的特殊性，其中进行安装的过程相对繁琐，需要对安装环境充分考虑，并采用合理的措施进行安装，同时要求配电设备对功率进行有效计算，以保障安全裕度能够满足配电设备的安装和应用需求。一般来说，应选择使用双回路的方式进行供电，以提升系统运行过程中的安全性。以此为基础，即使出现意外停电情况，系统仍然可处于运行状态当中，也就能够保障工业生产过程的持续，从而降低企业可能需要承受的经济损失[6]。
4.4电网调度
当前可编程控制器已经在电网调度工作中的各个环节得到了全面应用，对其进行应用的过程中，最主要的部分为自动化控制系统，且软硬件均包括其中，可以针对用户用电需求起到科学合理的分析作用，并根据此对更加优质的供电方案进行制定，既能够满足用户的用电需求，又可以尽可能降低企业发展运营的成本，也就可以有效提升企业的经济效益。对于自动化系统，其主要内容在于应用计算机网络系统对各项业务工作进行合理落实，同时开展有效的监管工作，并根据实际情况实施调度，以促使电力系统的网络应用效率得到提升。同时，在不同类型的终端之间建立起科学合理的关联，可以强化自动化调度的效果，也就可以提升电网调度工作的效果。
4.5优化设计
在电力系统之中应用可编程控制器，其能够涉及多方面的专业知识，包括计算机、电气、自动化以及机械，由此，电气设备工作人员面临着越来越高的要求。与此同时，当代我国电网结构已经处于较为复杂的状态，需要进行处理的参数数量越来越多，若仍然采用常规的设计方法，将难以符合时展需求，所以，设计工作应逐渐由人工转向计算机，以促使设计工作效率得到提升，同时尽可能避免设计失误情况出现，也就更有利于提升电气设备在应用过程中的性能。
5可编程控制器的未来发展
5.1网格化发展
随着相关技术的发展，我国可编程控制器逐渐实现了自动化实训装置制造水平的提升，与此同时，行业物联网发展迅速，监管人员可在任何位置针对生产工作环节进行实时监督，而这一技术的实现和应用，则需以网络技术的良好发展为基础。与此同时，当代工业化网络系统得到良好发展，生产环节中体现出了越来越显著的智能化特点，且因为智能传感器可以合理分析系统中的各项参数，所以一旦其中出现异常情况，控制系统即可向管理系统针对错误发出报告，并及时进行合理的故障修复工作。通过网格化技术的落实和发展，相关工作人员对于生产工作的控制力度得到进一步强化，也就更加有利于我国电气工程及相关的自动化行业得到良好发展。
5.2绿色发展原则
从实际上来看，虽然可编程控制器的应用效果良好，但是自动化实训装置的应用能够在一定程度上产生电力污染，并导致我国生态环境受到破坏，而通过对人工智能技术进行应用，这一问题可以得到良好解决。因为人工智能技术与我国发展的绿色设计理念相符合，其有利于提升产品设计工作的合理性，尽可能应用最少的资源获取最大程度的发展。将绿色发展原则应用于可编程控制器相关工作之中，也就是采用自动联网监控技术、智能反馈技术以及智能变电站等，共同对电力资源浪费这一情况进行控制，同时还可降低温室气体的排放，使我国各产业的绿色发展效果更加良好，同时也进一步推动了“人与自然和谐相处”这一理念的发展。
5.3模块化发展
从总体上来看，自动化实训装置的发展属于可编程控制器未来发展的重要趋势，对模块化发展进行落实，有利于产业之间得到更加有效的融合及合作，也就可以促使各方面生产效率得到提升，并有效缩短对产品进行研发的周期，同时能够推动各产业的共同发展。从实际上来看，既往诸多企业在零件设备方面不具有统一规划，导致开发工作中存在较大的技术缺陷，同时电机接口、电器设备接口以及电源接口等相应的功能部件未形成统一规格，也就导致大规模的开发工作难以得到有效落实，且用户应用过程不够便捷。而实现模块化的发展产业之间的信息能够得到充分融合，同时产品生产成本降低，也就能够为产品的规模化发展提供重要保障。
数控编程开发篇7
【abstract】throughtheapplicationofUG/postbuildertoolsofUGnXplatform，usingthetCLprogramdesignlanguagecustomfitforpost-processingfileFanUCncsystem，thenCprogrammingprocessinformationautomaticallyincludestools，machiningallowance，processingtime，filesize，coordinatesandotherinformation，improvesthenCprogramapplicability，reliability，andguidancecheckandverifythecorrectness.
【关键词】UG/postbuilder；后处理；tCL语言
【Keywords】UG/postbuilder；post-processing；tCLlanguage
【中图分类号】tH122【文献标志码】a【文章编号】1673-1069（2017）03-0122-03
1引言
随着科技迅猛发展，产品零件复杂程度越来越高，编程难度大，而生产周期短，且复杂型面采用手工编程不能满足产品质量和生产节奏要求，对零件加工自动编程的需求越来越迫切。
目前，计算机辅助编程后处理的数控程序中工艺信息较少，可操作性差、指导性不强。因此，开展了基于UGnX平台的后处理文件定制的工艺方法研究，对UGnX后处理文件进行二次开发。
2Cam数控编程流程及后置处理用途
2.1Cam数控编程流程
Cam数控编程流程含建模、编程、前置仿真、后处理、后置仿真、nC程序调用、nC加工；后置处理文件的好坏，直接影响最后生成的nC程序可靠性和加工质量，可见其重要性[1]。
2.2Cam后置处理用途
后置处理过程是指通过后置处理器读取由Cam系统生成的刀具路径文件，从中提取相p的加工信息，并根据指定数控机床的特点及nC文件格式要求，最终生成数控机床所能直接识别的nC文件。
3研究方法和解决关键工艺方法
通过对UG/postBuilder和tCL程序设计语言的研究，进行UGnX7.0软件二次开发，制定适合各类数控机床的后处理文件。
3.1研究方法
①采用UG/postBuilder的后处理开发工具对数控系统格式进行修改，再根据数控机床特点，制定出适合数控机床的后处理文件。
②采用tCL设计语言对特殊动作指令进行编程开发。tCL是一种解释执行的脚本语言，它提供了通用的编程方法，支持变量、过程和控制结构，在对字符的处理上很灵活。
3.2对后置处理文件的定制
后处理后的nC程序中应有以下工艺信息：
①加工余量信息显示；
②加工刀具显示；
③加工时间显示；
④文件容量大小显示；
⑤坐标信息显示。
4后处理文件研究过程
4.1数控机床选择
选定FanUC-0i系统和机床Kt1500V作为研究对象，根据机床Kt1500V结构特点和数控系统nC程序的格式要求，在程序中增加工艺信息内容[2]。
4.2后处理文件定制
进入UG/postBuilder通用后处理开发工具，在program&toolpath菜单下program里新建一个新的后处理文件，在相应的序列内容中进行二次开发，定制适合数控机床的后处理文件。
4.2.1nC程序头定制
修改程序头，取消刀具半径补偿、长度补偿、坐标旋转等，坐标平面选择，绝对坐标值定义等内容加入。
选择programStartSequence中“G40G17G90G71”，将“G71”拖到回收站，再选择G-adjust-G4、G-motion-G80、G-mCSFixtureoffset加入。单击“G49”，选择Forceoutput；单击“G80”，选择Forceoutput；单击“G69”，选择Forceoutput；单击“G”，选择optiona。
4.2.2nC程序尾定制
修改程序结尾，将主轴Z方向刀具长度补偿取消，冷却液关闭，主轴停止，Z轴、Y轴返回第二参考点，m30结束语等内容加入。
选择programendSequence下endofprogram中修改程序结尾。将newblock添加到endofpath节点中，自动弹出end_of_program_1，选择more-m_coolant-m09、G-adjust-G49、G-motion-G00、Z0加入。采用相同方法将m05G00G91G28Z0和m30加入。
4.2.3所需工艺信息制定
在operationStartSequence中插入用户命令（custom_command），在空白处用tCL语言进行编程开发。
①加工余量信息的源程序如下：
mom_output_literal"（Stock_part=[format"%4.2f"$mom_stock_part]Stock_floor=[format"%4.2f"$mom_stock_floor]）"
②加工刀具信息的源程序如下：
mom_set_seq_off
mom_output_literal"（toolname=$mom_tool_name
D=[format"%.2f"$mom_tool_diameter]
R=[format"%.2f"$mom_tool_corner1_radius]
F=[format"%.2f"$mom_tool_flute_length]
L=[format"%.2f"$mom_tool_length]）"
mom_set_seq_on
③加工时间信息的源程序如下：
mom_output_literal"（totalmachinetime=[format"%.2f"
$mom_machine_time]min）"
④程序容量信息的源程序如下：
mom_close_output_file$ptp_file_name
Setptp_size[filesize$ptp_file_name]
mom_open_output_file$ptp_file_name
mom_output_literal"（filesize=[expr$ptp_size/1024]KB，ifgt256KBdoDnC）"
⑤编程坐标信息的源程序如下：
mom_output_literal""
mom_output_literal"maXXaXiS=[format"%3.4f"$max_x]in"
mom_output_literal"minXaXiS=[format"%3.4f"$min_x]in"
if{$mach！="LatHe"}{
mom_output_literal"maXYaXiS=[format"%3.4f"$max_y]in"
mom_output_literal"minYaXiS=[format"%3.4f"$min_y]in"}
if{$mach！="weDm"}{
mom_output_literal"maXZaXiS=[format"%3.4f"$max_z]in"
mom_output_literal"minZaXiS=[format"%3.4f"$min_z]in"
mom_output_literal""}
5定制的后理文件运行结果与分析
以盒体为典型零件进行编程后处理验证，采用UGnX软件自带后处理文件处理的nC程序，其格式与FanUC系统格式相差较大，且程序中无相关工艺信息。用定制的后处理文件进行处理，如图1所示，其格式与FanUC0i数控系统格式相同，同时程序中出现相关的工艺信息有刀具、加工余量、加工时间、文件大小以及编程坐标的信息，便于加工人员进行相关信息的提取和校对，可操作性强，加工人员易于接受。
6结论
基于UGnX平台进行后处理文件的二次开发，在数控程序中提供5个常用、重要的工艺信息，使程序指导性更强，也为UGnX编程软件的后置处理文件定制提供了研究方向。
【参考文献】
数控编程开发篇8
【关键词】数控专业；教学模式
我国的制造业已经取得了举世瞩目的成就，但是科学技术日新月异，仅仅依靠原来落后的技术和廉价的劳动力已经难以满足经济发展的要求。目前数控技术快速发展，已经成为现在接卸制造的主要核心技术之一，数控技术的发展决定着制造业的发展，是实现现代化、自动化、智能化的基础，被广泛应用在制造业中，所以急需大量的高水平高素质的数控人才，提出行之有效的教学模式改革措施十分有必要。
一、数控专业的现状
由于数控专业人才缺口巨大，各大院校都争相开设数控专业，但是教学方式多以理论为主，在进行实际操作中动手能力差，教学与实际生产脱节。数控技术是一门专业性比较强的课程，需要具备一定的机械基础知识才能理解和运用，这就要求课程安排上要提前开设基础课程，有了配套的理论知识在学习数控技术时就会相对轻松，便于理解；有了知识储备，还应该实际应用，有些学校只要求学生会自己编程，掌握指令，不重视实际操作与企业产品的结合，这就很难做到实际运用；教学模式单一，本来编程等技术类课程就很枯燥，如果老师只是照本宣科，更使学生很难理解。
二、数控专业课程教学模式改革的重要性
计算机技术的飞速发展带动了数控技术的发展，数控技术是现在制造业的核心技术，关系的国家的综合国力水平，是衡量一个国家现代化的重要标志。各种高科技产品更新换代越来越快，人们对产品的要求也越来越高，数控技术和计算机、微电子、现代控制等技术相互渗透，不断发展，在各种高科技产品中起着越来越重要的作用。但是数控设备是技术密集型生产设备，这对数控人才的技术水平、个人能力和素质提出了更高的要求，所以必须经过一定的专业学习和实际训练，这就要求学校与实践紧密结合，改革目前落后的教学模式。
三、数控教学中存在的问题
现代科技高速发展，对高科技产品的需求也越来越多，数控教学的发展远远落后于市场的需求，数控教学面临着很多问题亟待解决：师资队伍弱小，不能满足大量的教学需求；教学内容过于狭隘，接触的数控设备种类太少，型号老旧，不能与实际生产相接轨；配备的教学软件种类贫乏，质量不高，不能适应企业的生产。之所以产生这些问题原因是很多的：我国企业逐渐与世界接轨，引进了国外的先进技术，各个企业也不断使用新的数控设备，但是数控市场混乱没有系统的体系，各种品牌、型号、规模的数控加工中心、数控机床等有较大差异，各大软件互不兼容，是教学内容难以规划；数控设备一般价格较贵，而现在更新较快，各学校很难承担不断更新的各种大型数控设备的费用，造成了教学中学习的不够全面，接触的设备往往已经过时等问题；数控技术是新开设的课程，教学模式正在探索当中，还需继续完善教学手段，引进先进的教学软件，尽量解决教学中存在的问题。
四、数控教学模式改革的探究
数控教学主要是为社会培养高技术素养的应用型人才，不能只重视理论教学而忽视了实际操作，为更好地培养学生的学习兴趣，提高学习质量，必须改变原来的教学模式，探索新的教学模式来适应社会发展的需求。
1.改变课程设置，重组教学内容
为了避免学生对生涩难懂的数控技术产生厌学情绪，更好的理解技术原理，在课程设置上应由易到难，配套课程到位，以机械设计课程为基础，多开设与数控加工相关的专业内容，适当删减与之关系不大的课程，构建合理优质的教学体系，注重学生能力的培养。
2.提高学生编程的能力
编程课程有点枯燥，但是却是非常重要的课程，教师们应该重视编程课程的教授。编程分为手工编程和计算机编程两种，现在计算机编程已经比较方便也比较普遍，计算机编程提高了数控加工的想、工作效率和质量，为自动化和机械化的发展做出了重要贡献，比如：CaXa、UG、CimatRon等，自动编程是未来的趋势，教学时应让学生数量掌握自动编程的软件，提高自身的专业层次。但是也会有失误的情况发生，学习手工编程是最基础的，也是非常必要的，应该让学生多多模拟练习，熟练工艺方法，培养学生的耐心和毅力。
3.尝试不同的教学方式
数控技术是新兴的高科技技术，在教学中仅仅依靠学生的想象，老师的描述和二维的图片是难以在学生的脑子里构造出实际的数控加工过程的，所以现在应该采取更形象生动的手段来帮助学生学习，如果有条件，可以在进行讲解前到实际车间里观看数控机床的加工过程，激发学生的兴趣，结合书本上的知识，让学生更容易理解和掌握，如果由于时间或者设备的问题不能到现场参观，老师还可以运用多媒体教学，即用多媒体模拟生产加工的过程，让学生有立体的感官认识。
学生的各方面知识参差不齐，老师可以在编程前先对学生进行一下测验，测试学生的数学计算、机械制图、基本操作等能力，然后有针对性的分组，在今后的教学中，老师分组辅导，同组的学生相互学习、相互促进、共同进步，这样在上机操作时同组的学生可以彼此指正、讨论，减少操作失误。
4.注释实践教学
实践教学是数控教学的重点，也是现在数控加工行业对人才的基本要求，在教学中必须重视实践教学，使理论知识与实践操作相结合，培养出既会动口又会动手的高等技术人才。在学习完一道加工工序后，可以让学生自己编程，然后在实训的车间进行实际操作这个时候老师要做好监督和辅导工作，避免发生事故。一开始可以只是指令的练习，学习程度加深后可以加工零件并且添加工艺等操作，让学生尽早的熟悉企业的实际加工过程。不但在学习编程时开展实训，在课程设计、毕业设计时也应该让学生自己根据原理，在不同的机床上，练习操作，培养学生分析问题解决问题的能力，独立动手能力和自主创新的能力。
为了使中国制造尽快向中国创造转型，满足市场对数控人才的需求，数控教学模式应面临挑战，改革落后的课程体系教学方式，积极探索新的适合数控技术教学的模式，对存在的问题想办法克服，为制造业输送更多更专业的应用型人才。
参考文献：
数控编程开发篇9
【关键词】电气自动化监控系统图形编辑器设计和应用
随着科学技术的不断发展，电厂监控系统的设备应用也越来越先进化。如今传统的模拟仪表监控画面已经被过程监控系统画面所取代。因此工作人员在检测整个流程的状态时，只需要通过显示器就能获取所需要的信息，与传统的需要时刻检查仪表盘上的各类数据的工作方法相比较，显然具有高效性的优势。
1电气自动化监控系统中图形编辑器的设计概念
应用电气自动化监控系统中图形编辑器，可以使得工程技术人员通过电气自动化软件更加方便快捷的绘制监控画面。从而使得查看数据工作更加的简单易行、高效精确。同时应用图形编辑器的自动化监控系统的信息表达方式更加的形象、直观、具体。因此电气自动化监控系统可以为工程技术人员提供更加具有先进性、流畅性和便于操作性的图形编辑操作平台。
2电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用中的不足之处
当下电气自动化监控系统中的图形编辑器的设计和应用，促使工程技术人员的工作更加具有高效性和准确性，但是电气自动化监控系统中的图形编辑器的设计和应用的过程中仍然存在着很多的问题：图形和数据库的关系一直不能够得到良好的处理，从而无法有效的实现图形和数据库之间的良好的信息的传递，这使得大量的图形的储存方式混乱并且独立，不易于引用和修改，也不能够将元件的状态及时的表现出来。由于图形的分析的智能化应用始终未达到理想水平，因此电网拓扑结构的输入方式只能为人工输入的方式，这都为工程技术人员的工作的顺利开展带来了很大的不便。
2.1图形和数据库之间的联系紧密型相对较差
图形和数据库之间无法建立紧密的联系，便无法完成良好的通讯。因此对于运行状态的适应程度和反映效果都不理想。
2.2图形和模型之间的推理联系相对较弱
计算机图形编辑在电力系统分析软件虽然已经被广泛的应用，但是应用状态仍然是处于初级状态，只能针对电力系统中的某一分析系统工作，因此图形和模型之间的推理联系仍然相对较弱。由此可知研究设计，针对于开发者和使用者的需求的，快捷简单的电力系统建模方式，已经成为了当下电气自动化监控系统中图形编辑器的设计和应用过程中，所不容忽视的问题。
3电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用方案
3.1电气自动化监控系统中图形编辑器核心功能的设计和应用
图形编辑器核功能的设计和应用主要表现在以下的几个方面：
3.1.1图元
图元的种类主要包括：内置普通图元；数据图元；以及复杂数据图元。
3.1.2图形平台
图形平台的主要构成有：无闪烁稳定图形；对曾图形和多视图形。
3.1.3tracker
tracker主要负责图元的编辑。例如对图元进行平移、缩放、改变形状、扩大等操作。
3.2电气自动化监控系统中图形编辑器工具使用的设计和应用
电气自动化监控系统中图形编辑器工具使用的设计和应用，主要包括以下内容：系统完成发电机设备、厂用电机组、网络控制系统、以及信息的管理、控制保护和诊断功能。电气自动化监控系统中图形编辑器工具的设计和应用主要分为三个步骤：分割系统保障检测装置；网络层现场总线装置以及控制后台主体装置。电气自动化监控系统中图形编辑器工具使用的设计和应用的具体介绍如下：
操作系统为winDowS操作系统。应用的数据库主要为商业数据库。通信中插件为电力通信中插件。
图形编辑器工具使用中的数据层主要包括：当下数据、历史数据、系统数据、应用模型数据和图像数据。图形编辑器工具使用中的数据层的存储地点和存储方式都较为多样化。
图形编辑器工具使用中的功能层的应用和设计可以有效的完成对于数据的良好访问，并且有效的屏蔽了访问过程中出现的技术上的细枝末节的问题。
图形编辑器工具使用中的应用层的应用和设计可以有效的开展数据的访问工作、采集工作、工作。为电气自动化系统建立数据的平台和处理平台，从而使得电气自动化系统更好的进行建立服务工作和服务工作。
图形编辑器工具使用中的表示层的应用和设计可以有效的实行各种图形的设计和监控，同时进行画面的录制工作和彩电换面的选择工作。协助电气自动化系统完成系统单线图、地理图、潮流图等各种图形的监控和控制。
4总结语
开展电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用探究，首先应当明确电气自动化监控系统中图形编辑器的设计概念，进而探究电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用中的不足之处：图形和数据库之间的联系紧密型相对较差以及图形和模型之间的推理联系相对较弱，设计电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用方案：电气自动化监控系统中图形编辑器核心功能的设计和应用（图元、图形平台、tracker）以及电气自动化监控系统中图形编辑器工具使用的设计和应用。开展电气自动化监控系统中图形编辑器的设计与应用探究，可以促使电气企业获得更加广阔的发展空间和更良好的发展前景。
参考文献
[1]周杰.基于winCC的深孔镀铬监控系统设计与应用研究[D].太原：中北大学，2013.
[2]水电站机电技术，2015年总目录[a].基于组态技术的变电站监控系统的设计与实现[D].青海大唐国际直岗拉卡水电开发有限公司2015年度论文集（《水电站机电技术》总第180期）[C].2015：8.
[3]王艳亮.综述电气工程与自动化控制[a].中国武汉决策信息研究开发中心、决策与信息杂志社、北京大学经济管理学院.“决策论坛――区域发展与公共政策研究学术研讨会”论文集（上），2016：1.
作者姓名
刘虎，男，安徽省人。大学本科学历。现为枣庄供电公司电力工程技术工程师。主要研究方向为电气工程及其自动化。
数控编程开发篇10
关键词：数控编程；工艺分析
数控机床是一种使用数字信息控制机床按给定的运动规律进行自动加工零件的机电一体化加工设备。数控加工的实质就是通过用特定方式下的数字信息去自动控制机械装置进行工作。数控机床是数字控制技术与机床相结合的产物，机床数控技术是通过数控机床加工技术而实现的，应用数控技术的关键在于用好数控机床。
数控编程概述
在普通机床上加工零件时，一般是由工艺人员按照设计图样事先制订好零件的加工工艺规程。在工艺规程中制订出零件的加工工序切削用量机床的规格及刀具夹具等内容。操作人员按工艺规程的各个步骤操作机床，加工图样给定的零件。也就是说零件的加工过程是由人工完成.例如开车、停车、改变主轴转速、改变进给速度和方向、切削液开、关等都是由工人手工操纵的。
数控机床与以上机床是不一样的。它是按照事先编制好的加工程序，自动地对被加工零件进行加工。我们把零件的加工工艺路线、工艺参数、刀具的运动轨迹、位移量、切削参数（主轴转数、进给量、背吃刀量等）以及辅助功能（换刀、主轴正转、反转、切削液开、关等）按照数控机床规定的指令代码及程序格式编写成加工程序单，再把这一程序单中的内容记录在控制介质上，然后输入到数控机床的数控装置中，从而指挥机床加工零件.这种零件图的分析到制成控制介质的全部过程叫数控程序的编制。
数控编程的内容与步骤
1.数控编程的内容
数控编程的主要内容有：分析零件图样、确定加工工艺过程、数值计算、编写零件加工程序、制作控制介质、校对程序及首件试切。
2.数控编程的步骤
（1）分析图样、确定加工工艺过程在确定加工过程时，编程人员要根据图样对工件的形状、尺寸、技术要求进行分析，然后选择加工方案、确定加工顺序、加工路线、装卡方式、刀具及切削参数，同时还要考虑所用数控机床的指令功能，充分发挥机床的效能，加工路线要短，要正确选择对刀点、换刀点、减少换刀次数。
（2）数值计算。根据零件图的几何尺寸、确定的工艺路线及设定的坐标系，计算零件粗、精加工、各运动轨迹，得到刀位数据。对于点位控制的数控机床，一般不需要计算。只是当零件图样坐标系与编程坐标系不一定时，才需要对坐标进行换算。
（3）编写零件加工程序单。加工路线、工艺参数及刀位数据确定以后，编程人员可以根据数控系统规定的功能指令代码及程序段格式，逐段编写加工程序单。
（4）制备控制介质。制备控制介质，即把编制好的程序单上内容记录在控制介质上作为数控装置的输入信息。
（5）程序效验与首件试切。程序单和制备好的控制介质必须经过校验和试切才能正式使用。校验的方法是直接将控制介质上的内容输入到数控装置中，让机床空运转，即以笔代刀，以坐标代替工件，画出加工路线，以检查机床的运动轨迹是否正确。
数控编程的种类
1.零件实例分析
数控机床中的一种主要功能是加工平面类零件，而加工的过程是先编程后加工，编程前先要进行工艺分析，确定加工工艺路线，针对所选用的数控系统指令的特点，确定编程的方法。目前数控编程一般分为手动编程，自动编程和计算机高级语言编程。下面通过加工图1所示工件，选取其中薄壁部分来阐述薄壁零件数控编程的特点和薄壁零件的加工方法。
2.手工编程方法分析
以FanUC数控系统为例，采用G代码的编程方法。
采用单一指令Go1代码编程，G01指令是一种单一动作的G代码，一个指令只表达了一个动作，因而编程时不但要算出精加工时的轮廓路线的各节点坐标，而且也要根据粗加工时设计的路线，计算出每条粗加工路线的各节点坐标，因而编程前要做的准备工作多，而且进刀和退刀路线都要通过G0代码编制，因而程序编制起来较复杂。但该指令编程时由于编程路线完全由编程者控制，因而可以很灵活地控制进退刀路线。所以程序运行时空刀路线最短，加工效率高，适用于各种毛坯件的加工编程。
在编程中加入宏程序变量以进行小量多次加工防止因切削量过大导致薄壁变形从而使产品报废。
粗加工完后去除轮廓内多于材料，然后采用钨钢刀具更改粗加工程序的转速及进给倍率进行精加工。精加工时须少量更改补偿半径同时使用凸件进行配合以达到最好的配合效果。但在配合时不宜用力过大防止使薄壁弯曲变形。
3.masterCam软件自动编程
除了用传统的手工编程的方法可以完成程序的编制外，也可以用相应的软件进行自动编程，自动编程的方法是在相应的软件里画出所要加工的轮廓线，根据给定的轮廓线，选择合适的刀具路线，自动生成刀具运动轨迹并后处理生成加工程序。整个过程由软件内相应的功能完成。其特点是编程快捷简单，不需要计算节点坐标，加工路线优化，加工效率高，后处理的程序全部采用单一指令代码，程序较长。但需要编程人员掌握相应的软件应用知识，即对编程人员的知识基础要求相对较高，下面是利用masterCam软件编程所得的程序。
G01指令编程特点：是一种直线逼近法编程方法，全部采用直线插补方法粗加工工件，编程复杂，程序较长，需计算的工艺坐标点多，因而编程时间长，但加工效率高，空运行路径最少，特别适用于批量较大的工件的加工情况，适合各种毛坯件的编程加工。
利用自动编程的方法编制程序，适合编制一些较复杂的加工零件，对于一些规模较大的企业，设有专门的编程人员，且是批量生产工件时，这种编程方法会起到提高加工效率的作用，其优点尤为突出。因此，如何编制薄壁零件铣削加工程序，要根据生产的实际条件，选用合适的G代码和编程方式。使机床和数控系统充分发挥其应有的作用。